Giáo trình nguyên lý kết cấu động cơ đốt trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
_______
oo0oo _______
BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

(KCN và các ngành liên quan )

Người biên soạn: GVC. VÕ VĂN NHUẬN
ThS. NGUYỄN VĂN TRẠNG

Tháng 12/2006


Mục lục
MỤC LỤC
Chương 1 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

Trang

I. Khái niệm . ................................................................................................................................... 7
II. Định nghóa và phân loại động cơ................................................................................................. 7
II.1. Định nghóa..................................................................................................................... 7
II.1.1. Động cơ nhiệt .................................................................................................... 7
II.1.2. Động cơ đốt trong.............................................................................................. 7
II.1.3. Động cơ đốt ngoài ............................................................................................. 7
II.2. Phân loại động cơ đốt trong .......................................................................................... 8
II.2.1. Theo phương pháp thực hiện chu trình công tác. .............................................. 8
II.2.2. Theo nhiên liệu sử dụng. .................................................................................. 8
II.2.3. Theo phương pháp nạp của chu trình công tác. ................................................ 8
II.2.4. Theo tốc độ động cơ.......................................................................................... 9

II.2.5. Theo đặc điểm cấu tạo động cơ........................................................................ 9
III. Ưu điểm, khuyết điểm của động cơ đốt trong – động cơ đốt ngoài ........................................... 10
III.1. Động cơ đốt trong ........................................................................................................ 10
III.2. Động cơ ngoài.............................................................................................................. 11
IV. Các loại động cơ trong tương lai ................................................................................................ 11
Chương 2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
I. Định nghóa các danh từ kỹ thuật cơ bản ....................................................................................... 13
I.1. Điểm chết ....................................................................................................................... 13
I.2. Hành trình của piston ..................................................................................................... 13
I.3. Thể tích công tác ............................................................................................................ 13
I.4. Thể tích buồng cháy ....................................................................................................... 14
I.5. Thể tích toàn bộ ............................................................................................................. 14
I.6. Tỷ số nén........................................................................................................................ 14
I.7. Kỳ (thì) ........................................................................................................................... 14
I.8. Chu trình công tác .......................................................................................................... 14
II. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng và động cơ Diesel 4 kỳ không tăng áp .......................... 14
II.1. Quá trình nạp, quá trình nén, quá trình cháy – giãn nở và quá trình thải..................... 14
II.2. Đồ thị công P-V và giãn đồ phân phối khí.................................................................... 17
III. Nguyên lý làm việc của động cơ xăng và động cơ Diesel 2 kỳ................................................. 19
III.1. Quá trình cháy – giãn nở và quá trình nạp .................................................................. 19
III.2. Đồ thị công P-V và giãn đồ pha phối khí .................................................................... 21
III.3. Các hệ thống quét thải của động cơ hai kỳ ................................................................. 22
IV. Hợp lực và mômen tác dụng lên cơ cấu piston – khuỷu trục – thanh truyền ............................ 25
V. So sánh sự khác nhau của động cơ 2 kỳ và động cơ 4 kỳ ........................................................... 26
VI. So sánh sự khác nhau của động cơ xăng và động cơ Diesel...................................................... 27
VI.1. Về nguyên lý làm việc ................................................................................................ 27
VI.2. Về tính hiệu quả .......................................................................................................... 27
VII. Giới thiệu động cơ Wankel và động cơ tuabin ......................................................................... 27
Chương 3 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
I. Những chi tiết cố định của động cơ đốt trong............................................................................... 31

1


Mục lục
I.1. Khái niệm chung ............................................................................................................ 31
I.2. Thân máy ....................................................................................................................... 31
I.2.1. Nhiệm vụ............................................................................................................ 31
I.2.2. Kết cấu thân máy động cơ xăng – động cơ Diesel ............................................ 32
I.2.3. Lót xylanh .......................................................................................................... 34
I.3. Nắp máy ......................................................................................................................... 35
I.3.1. Nhiệm vụ............................................................................................................ 35
I.3.2. Kết cấu nắp máy động cơ xăng – động cơ Diesel.............................................. 36
I.3.3. Các dạng buồng đốt động cơ xăng và động cơ Diesel ....................................... 41
I.4. Gioăng nắp máy, carter, Goujon. ................................................................................... 44
II. Những chi tiết di động của động cơ đốt trong ............................................................................. 47
II.1. Nhóm Piston.................................................................................................................. 47
II.1.1. Piston................................................................................................................. 47
II.1.2. Chốt piston ........................................................................................................ 53
II.1.3. Xéc-măng ......................................................................................................... 55
II.2. Nhóm thanh truyền. ...................................................................................................... 58
II.2.1. Nhiệm vụ .......................................................................................................... 58
II.2.2. Điều kiện làm việc ........................................................................................... 58
II.2.3. Vật liệu chế tạo ................................................................................................ 58
II.2.4. Kết cấu thanh truyền, bulông thanh truyền và bạc lót thanh truyền ................ 58
II.3. Trục khuỷu.................................................................................................................... 63
II.3.1. Nhiệm vụ .......................................................................................................... 63
II.3.2. Điều kiện làm việc ........................................................................................... 63
II.3.3. Vật liệu chế tạo ................................................................................................ 63
II.3.4. Kết cấu trục khuỷu............................................................................................ 63
II.4. Bánh đà. ........................................................................................................................ 67

II.4.1. Nhiệm vụ .......................................................................................................... 67
II.4.2. Điều kiện làm việc ........................................................................................... 67
II.4.3. Vật liệu chế tạo ................................................................................................ 67
II.4.4. Kết cấu bánh đà................................................................................................ 68
III. Cơ cấu phân phối khí ................................................................................................................. 69
III.1. Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu. ................................................................................ 69
III.2. Các phương án bố trí supap và dẫn động cơ cấu phối khí. .......................................... 70
III.2.1. Các phương án bố trí supap và dẫn động supap. ............................................. 70
III.2.2. Phương án dẫn động trục cam. ........................................................................ 72
III.3. Kết cấu các chi tiết chính trong cơ cấu phân phối khí................................................. 73
III.3.1. Supap. .............................................................................................................. 73
III.3.2. Đế supap, lò xo supap và ống dẫn hùng supap.............................................. 77
III.3.3. Trục cam, con đội, cò mổ và đũa đẩy. ............................................................ 79
Chương 4 HỆ THỐNG BÔI TRƠN
I. Nhiệm vụ . .................................................................................................................................... 84
II. Dầu làm trơn và các đặc tính cơ bản........................................................................................... 84
II.1. Công dụng của dầu bôi trơn.......................................................................................... 84
II.2. Một số thông số sử dụng của dầu bôi trơn.................................................................... 84
II.3. Các đặc tính cơ bản của dầu bôi trơn............................................................................ 85
2


Mục lục
III. Các loại hệ thống bôi trơn. ........................................................................................................ 86
III.1. Bôi trơn bằng vung toé. ............................................................................................... 86
III.2. Bôi trơn bằng dầu pha trong nhiên liệu....................................................................... 87
III.3. Bôi trơn cưỡng bức....................................................................................................... 87
IV. Kết cấu một số bộ phận chính. .................................................................................................. 90
IV.1. Mạch dầu làm trơn cho động cơ xăng – động cơ Diesel. ............................................ 90
IV.2. Bơm dầu. ..................................................................................................................... 90

IV.3. Lọc dầu........................................................................................................................ 92
IV.4. Các đồng hồ của hệ thống bôi trơn. ............................................................................ 96
IV.5. Đèn báo nguy. ............................................................................................................. 97
Chương 5 HỆ THỐNG LÀM MÁT
I. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát .................................................................................................. 99
I.1. Công dụng của hệ thống làm mát .................................................................................. 99
I.1. Nhiệt độ làm việc tối ưu của động cơ ............................................................................ 99
II. Phân loại hệ thống làm mát. ....................................................................................................... 100
II.1. Hệ thống làm mát bằng không khí ............................................................................... 100
II.2. Hệ thống làm mát bằng chất lỏng................................................................................. 101
II.3. So sánh hệ thống làm mát bằng nước và hệ thống làm mát bằng không khí............... 104
III. Các bộ phận của hệ thống làm mát bằng chất lỏng. ................................................................. 105
III.1. Két nước. ..................................................................................................................... 105
III.2. Nắp két nước. .............................................................................................................. 106
III.3. Van điều nhiệt và phương pháp bố trí. ........................................................................ 107
III.4. Bơm nước ..................................................................................................................... 111
Chương 6 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG
I. Giới thiệu hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng ........................................................ 113
I.1. Yêu cầu của hệ thống .................................................................................................... 113
I.2. Cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hoà khí.......................................... 113
II. Yêu cầu của hỗn hợp................................................................................................................... 115
II.1. Yêu cầu của bộ chế hoà khí.......................................................................................... 115
II.2. Hệ thống chính (mạch chính)........................................................................................ 116
II.2.1. Hệ thống chính điều chỉnh độ chân không sau giclơ chính............................... 116
II.2.2. Hệ thống chính có giclơ bổ sung....................................................................... 117
II.2.3. Hệ thống chính điều chỉnh độ chân không ở họng ........................................... 117
II.2.4. Hệ thống chính điều chỉnh tiết diện giclơ chính ............................................... 118
II.3. Hệ thống phụ ................................................................................................................ 120
II.3.1. Hệ thống không tải (cầm chừng) ...................................................................... 120
II.3.2. Hệ thống làm đậm ............................................................................................ 121

II.3.3. Hệ thống tăng tốc.............................................................................................. 122
II.3.4. Hệ thống khởi động .......................................................................................... 123
II.3.5. Cơ cấu cầm chừng nhanh .................................................................................. 123
II.3.6. Cơ cấu hạn chế số vòng quay cực đại............................................................... 124
III. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ chế hoà khí 3A / 4A ..................................................... 124
IV. Giới thiệu hệ thống phun xăng .................................................................................................. 131
IV.1. Phân loại hệ thống nhiên liệu phun xăng.................................................................... 132
3


Mục lục
IV.2. Cấu trúc và nguyên lý làm việc (cảm biến, ECU, điều kiển phun nhiên liệu)........... 132
Chương 7 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIEZEL
I. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống.............................................................................................. 164
II. Sơ đồ của hệ thống...................................................................................................................... 164
III. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các bộ phận chính ............................................................. 165
III.1. Bơm cao áp .................................................................................................................. 165
III.1.1. Bơm cao áp cá nhân – Bơm thẳng hàng.......................................................... 166
III.1.2. Bơm cao áp (VE) ............................................................................................. 170
III.1.3. Kim bơm liên hợp ............................................................................................ 171
III.2. Bơm tiếp vận ............................................................................................................... 176
III.3. Vòi phun ...................................................................................................................... 177
III.3.1. Nhiệm vụ và phân loại vòi phun ..................................................................... 177
III.3.2. Nguyên lý làm việc và kết cấu vòi phun......................................................... 177
III.4. Lọc nhiên liệu.............................................................................................................. 179
III.5. Giới thiệu thiết bị sấy nóng không khí nạp ................................................................. 180
IV. Cơ cấu điều tốc .......................................................................................................................... 180
IV.1. Tính cần thiết phải lắp bộ điều tốc trên động cơ Diesel. ............................................ 180
IV.2. Phân loại bộ điều tốc................................................................................................... 181
IV.2.1. Bộ điều tốc cơ khí (bộ điều tốc 2 chế độ, nhiều chế độ). ............................... 181

IV.2.2. Bộ điều tốc chân không................................................................................... 183
IV.2.3. Bộ điều tốc thủy lực. ....................................................................................... 185
V. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống EDC ........................................................................ 186
V.1. Sơ đồ hệ thống EDC ..................................................................................................... 186
V.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống EDC........................................................................ 189
VI. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống phun commom-rail................................................. 190
VI.1. Sơ đồ hệ thống............................................................................................................. 190
VI.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc của một số chi tiết chính ........................................... 191
Chương 8 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG
I. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa. ................................................................... 197
I.1. Nhiệm vụ........................................................................................................................ 197
I.2. Phân loại......................................................................................................................... 197
I.3. Yêu cầu. ......................................................................................................................... 197
II. Hệ thống đánh lửa độc lập. ......................................................................................................... 197
II.1. Hệ thống đánh lửa vít ................................................................................................... 197
II.2. Hệ thống đánh lửa dùng Transitor (không tiếp điểm) .................................................. 198
III. Hệ thống đánh lửa dùng ECU.................................................................................................... 200
III.1. Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện .............................................................................. 200
III.2. Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện ................................................................... 201
III.3. Hệ thống đánh lửa trực tiếp ......................................................................................... 201
Chương 9 HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
I. Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống khởi động. .................................................................................. 205
I.1. Nhiệm vụ........................................................................................................................ 205
I.2. Yêu cầu .......................................................................................................................... 205
II. Phân loại hệ thống khởi động trên ô tô. ...................................................................................... 205
4


Mục lục
II.1. Cấu tạo chung. .............................................................................................................. 207

II.2. Nguyên lý làm việc....................................................................................................... 207
III. Các thiết bị hỗ trợ khởi động. .................................................................................................... 208
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................ 210

5


Chương 1 – Giới thiệu khái quát về động cơ ñoát trong

6


Chương 1 – Giới thiệu khái quát về động cơ đốt trong
Chương 1
GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
I. KHÁI NIỆM
Động cơ đốt trong là nguồn động lực chính để dẫn động cho các phương tiện giao thông vận
tải, trong đó phổ biến nhất là dẫn động cho ôtô chuyển động. Động cơ đốt trong hiện nay gồm có:
động cơ đốt trong piston, tua bin khí và động cơ phản lực.
Hiện nay về cơ bản động cơ sử dụng trên ôtô là động cơ đốt trong kiểu piston, nhiên liệu sử
dụng chính là xăng hoặc Diesel. Về hoạt động thì hai loại động cơ này có nguyên lý gần giống nhau,
chúng chỉ khác nhau về phương pháp đốt cháy hỗn hợp (không khí – nhiên liệu).
Động cơ xăng và động cơ Diesel là hai loại của động cơ nhiệt, chúng biến đổi hoá năng do đốt
cháy nhiên liệu thành nhiệt năng và từ nhiệt năng biến thành cơ năng để truyền công suất cho động
cơ hoạt động.
Động cơ xăng có tốc độ cao, rất cơ động, công suất phát ra khá lớn, buồng đốt gọn, được sử
dụng rộng rãi ở các xe con và xe tải nhỏ,...
Động cơ Diesel có hiệu suất nhiệt lớn, công suất cao hơn, tiết kiệm nhiên liệu và tốc độ động
cơ nhỏ hơn động cơ xăng. Chính vì vậy nó thường được dùng để dẫn động trên các loại ôtô buýt, ôtô
tải, các loại phương tiện thương mại,...

II. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ
II.1. Định nghóa
II.1.1. Động cơ nhiệt
Là loại thiết bị thực hiện việc đổi năng lượng ở dạng hoá năng thành nhiệt năng (bằng cách
đốt cháy nhiên liệu) và từ nhiệt năng chuyển thành cơ năng để sinh công dẫn động máy công tác.
Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt:
HÓA NĂNG
(nhiêu liệu ở dạng
rắn, lỏng, khí)

Đốt cháy

NHIỆT NĂNG
(hơi nước, khí có
nhiệt độ cao)

giãn nở

CƠ NĂNG
(sinh công)

II.1.2. Động cơ đốt trong
Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt với các quá trình đốt cháy nhiên liệu và chuyển
biến nhiệt năng thành cơ năng được thực hiện cùng một nơi ngay bên trong động cơ.
Động cơ đốt trong gồm có: động cơ đốt trong kiểu piston, tua bin khí, động cơ phản lực và tua
bin phản lực (hình 1.1).
II.1.3. Động cơ đốt ngoài
Động cơ đốt ngoài là một loại động cơ nhiệt với các quá trình đốt cháy nhiên liệu và chuyển
biến nhiệt năng thành cơ năng được thực hiện ở hai nơi khác nhau.

7


Chương 1 – Giới thiệu khái quát về động cơ đốt trong
Nhiên liệu được đốt cháy bên ngoài động cơ (củi, than đá...) để làm nóng nước, nước bốc hơi
(có nhiệt độ và áp suất cao) làm chuyển động các tuabin hay đẩy piston sinh công, dẫn động được
máy công tác. Động cơ đốt ngoài gồm có: máy hơi nước, tuabin hơi nước...
Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo của
động cơ đốt trong.
a – Động cơ piston.
b – Tuabin khí.
c – Động cơ phản lực.
d – Tuabin phản lực.
Chú thích:
1 – cacte; 2 – xylanh;
3 – naép xylanh; 4- piston;
5 – thanh truyền;
6 – trục khuỷu ;
7 – bơm nhiên liệu;
8 – buồng đốt ;
9 – lỗ phun vào cánh tua bin;
10 – tuabin; 11- máy nén;
12 – bình chứa nhiên liệu;
13 – bình chứa chất oxy hoá;
14 – bơm;
15 – miệng phun phản lực;
16 – vòi phun nhiên liệu.
II.2. Phân loại động cơ đốt trong
II.2.1. Theo phương pháp thực hiện chu trình công tác
Động cơ bốn kỳ: để hoàn thành một chu trình công tác thì piston thực hiện 4 hành trình hoặc

trục khủyu phải quay 2 vòng.
Động cơ 2 kỳ: để hoàn thành một chu kỳ công tác thì piston thực hiện 2 hành trình hoặc trục
khuỷu phải quay một vòng.
II.2.2. Theo nhiên liệu sử dụng
Động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng, loại nhẹ (xăng, benzen, cồn...).
Động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng, loại nặng (dầu mazut, Diesel...).
Động cơ sử dụng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí hoá lỏng,...).
Động cơ sử dụng nhiên liệu khí kết hợp với nhiên liệu lỏng (trong đó nhiên liệu khí là chính,
còn nhiên liệu lỏng đóng vai trò là nhiên liệu mồi).
Động cơ chạy bằng nhiều loại nhiên liệu, tức là loại động cơ có thể chạy bằng nhiều loại
nhiên liệu lỏng khác nhau, từ nhẹ tới nặng (loại động cơ này rất hiếm).
II.2.3. Theo phương pháp nạp của chu trình công tác
Động cơ không tăng áp: là loại động cơ dựa vào sự chênh lệch áp suất ngoài và trong xylanh
để nạp hòa khí vào xylanh.

8


Chương 1 – Giới thiệu khái quát về động cơ đốt trong
Động cơ tăng áp: là loại động cơ dùng máy nén để nạp không khí hoặc hòa khí vào xylanh,
làm tăng khối lượng môi chất mới qua đó làm tăng công suất động cơ.
II.2.4. Theo tốc độ động cơ
Tốc độ của động cơ được đánh giá qua một thông số trung gian là tốc độ trung bình của piston.
Tốc độ trung bình của piston ký hiệu là Cm

C m  S.
Trong đó:

n
30

(m/s)

S – hành trình của piston (m)
n – tốc độ của động cơ (vòng/phút)

- Động cơ có tốc độ thấp (động cơ thấp tốc):Cm < 6,5 m/s.
- Động cơ có tốc độ trung bình: 6 m/s < Cm < 9 m/s.
- Động cơ có tốc độ cao (động cơ cao tốc): Cm > 9 m/s.
II.2.5. Theo đặc điểm cấu tạo của động cơ (hình 1.2)

Hình 1.2. Sơ đồ về đặc điểm cấu tạo của động cơ đốt trong
a) Động cơ một xylanh (1 – cán piston, 2 – guốc trượt);
b) Động cơ chữ V (1 – trục khuỷu, 2 – thanh truyền chính, 3 – thanh truyền phụ);
c) Động cơ hình sao;

d,e) Động cơ piston đối đỉnh;

f) Động cơ tác dụng kép xylanh nằm ngang; g) Động cơ chữ V nhiều hàng xylanh.

9


Chương 1 – Giới thiệu khái quát về động cơ đốt trong
Theo số xylanh động cơ
- Động cơ một xylanh.
- Động cơ nhiều xylanh (số xylanh từ hai trở lên).
Theo cách bố trí xylanh
- Động cơ có xylanh đặt thẳng đứng.
- Động cơ có xylanh đặt nằm ngang.

- Động cơ có một hàng xylanh, đường tâm của các xylanh song song với nhau và cùng nằm
trong một mặt phẳng.
- Động cơ có 2 hàng xylanh đặt song song hay kiểu chữ V.
- Động cơ có xylanh bố trí hình sao, một hàng hoặc nhiều hàng các đường tâm xylanh đặt
hướng kính và cùng nằm trên một mặt phẳng.
- Động cơ có piston đối đỉnh, có thể có một hoặc nhiều trục khuỷu.
III. ƯU ĐIỂM, KHUYẾT ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG, ĐỘNG CƠ ĐỐT NGOÀI
III.1. Động cơ đốt trong
III.1.1. Ưu điểm
Hiệu suất có ích e cao, vì nhiệt độ cực đại trong quá trình cháy có thể đạt 1.800  2.800oK,
còn nhiệt độ khí xả chỉ 900  1.500oK. Động cơ Diesel tăng áp tua bin khí có thể đạt e = 40 ÷ 52%.
Nếu có cùng công suất thì động cơ đốt trong gọn nhẹ hơn động cơ đốt ngoài vì toàn bộ chu
trình làm việc của động cơ đốt trong được thực hiện ngay trong bản thân động cơ, không có các thiết
bị phụ như: nồi hơi, buồng đốt,... như ở động cơ đốt ngoài.
Động cơ đốt trong khởi động nhanh hơn (từ 3 ÷ 5 giây), điều đó có ý nghóa lớn trong quân sự
và giao thông. Còn động cơ đốt ngoài phải khởi động hàng giờ.
Ít hao nước, điều đó có ý nghóa khi sử dụng ở vùng sa mạc, núi rừng.
Động cơ đốt trong dễ chăm sóc, bảo dưỡng (chỉ cần 1 đến 2 người).
Khi ngừng hoạt động, động cơ đốt trong không cần tiêu hao thêm nhiêu liệu, còn máy hơi
nước vẫn phải tốn nhiêu liệu vì không thể dập lò than ngay được.
III.1.1. Khuyết điểm
Dùng nhiên liệu lỏng hoặc khí sạch không chứa tạp chất cơ học (đã qua tinh chế), dẫn đến giá
thành của nhiên liệu cũng cao.
Công suất bị giới hạn, công suất động cơ Diesel không thể vượt quá 37.000kW (trong khi tua
bin hơn nước có thể đạt 200.000kW).
Kết cấu phức tạp hơn và số lượng các chi tiết nhiều hơn so với động cơ đốt ngoài.
Động cơ đốt trong phải dùng thiết bị riêng để khởi động và khi khởi động không được kéo tải.
Động cơ đốt trong làm việc khá ồn, nhất là động cơ cao tốc.
Để có thể thay đổi mômen của động cơ trong phạm vi rộng, trên hệ thống truyền động phải có
ly hợp và hộp số.

10


Chương 1 – Giới thiệu khái quát về động cơ đốt trong
III.2. Động cơ đốt ngoài
III.2.1 Ưu điểm
Dùng nhiên liệu rẻ tiền (than, củi, dầu cặn,...)
Công suất cao, tua bin hơn nước có thể đạt 200.000kW
Động cơ có thể tự khởi động được, khi áp suất và nhiệt độ môi chất đủ lớn và không phải dùng
thiết bị riêng để khởi động.
III.1.1. Khuyết điểm
Hiệu suất có ích e thấp, hiệu suất của máy hơi nước e = 9 ÷ 14%, tua bin hơi nước e = 22 ÷
28% và của tua bin khí e < 3%.
Ở động cơ đốt ngoài do có các thiết bị phụ như: nồi hơi, buồng đốt,... nên làm cho thiết bị rất
nặng và cồng kềnh.
Thời gian khởi động rất lớn, động cơ hơi nước phải khởi động hàng giờ.
Phải tiêu thụ một lượng nước lớn.
Bảo dưỡng phức tạp, nhất là đối với các thiết bị động lực hơi nước.
So với động cơ đốt ngoài, động cơ đốt trong có nhiều ưu điểm hơn nên ngày nay nó được sử
dụng rất rộng rãi. Theo thống kê thì hiện nay: động cơ đốt trong chiếm đến 80% trên thế giới; 10% sử
dụng năng lượng sức gió và mặt trời, còn 10% sử dụng các loại động cơ khác.
Chính vì vậy mà ngành công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong luôn được coi trọng và là một
bộ phận tất yếu của ngành cơ khí trong nền kinh tế.
Cho đến nay, động cơ đốt trong kiểu piston dùng nhiên liệu truyền thống có sẵn như động cơ
xăng và động cơ Diesel vẫn là nguồn động lực chính cho ôtô. Tuy nhiên nó có những nhược điểm lớn
mà chúng ta phải đối mặt như: gây ô nhiễm cho môi trường sống (ô nhiễm không khí, tiếng ồn, hiệu
ứng nhà kính,...) và sự lệ thuộc hoàn toàn vào nhiên hoá thạch, dẫn đến nguy cơ cạn kiệt nguồn dầu
mỏ trong tương lai gần. Chính vì vậy, hầu hết các nước đều quan tâm đào tạo đội ngũ kỹ thuật cao để
sớm giải quyết các yêu cầu về thiết kế, gia công, chế tạo, cải tiến, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ

đốt trong cho quốc gia mình.
IV. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ TRONG TƯƠNG LAI
Hiện nay động cơ đốt trong kiểu piston là loại động cơ được sử dụng rộng rãi nhất để dẫn
động các phương tiện giao thông vận tải, với hai loại nhiên liệu chính là xăng và Diesel. Tuy nhiên
với sự phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nhiên liệu hoá thạch và sự biến động không ngừng của giá dầu
thô trên thế giới, càng thúc đẩy các nhà khoa học hướng đến việc nghiên cứu ra những loại động cơ
có hiệu suất cao và các loại động cơ không sử nhiên liệu hoá thạch.
Trong tương lai sẽ ưu tiên cho sự phát triển của động cơ đa nhiên liệu, động cơ sử dụng nhiên
liệu từ dầu thực vật, mỡ động vật hay động cơ sử dụng nhiên liệu khí.
Ngoài động cơ đốt trong, hiện nay người ta còn quan tâm đến động cơ điện để làm nguồn động
lực cho ô tô. Với động cơ điện khi sử dụng năng lượng mặt trời, ngoài việc tận dụng nguồn năng
lượng vô tận này thì động cơ điện còn có ưu điểm lớn là tiếng ồn rất thấp.

------------------------

11


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ ñoát trong

12


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Chương 2
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

I. ĐỊNH NGHĨA CÁC DANH TỪ KỸ THUẬT CƠ BẢN
I.1. Điểm chết
Điểm chết là vị trí cuối cùng của piston khi di chuyển một hành trình trong xylanh. Tại vị trí

này vận tốc của piston bằng không và piston bắt đầu đổi chiều chuyển động.
Như vậy, theo định nghóa này điểm chết sẽ có hai vị trí:
Điểm chết trên (ĐCT): là vị trí mà piston nằm xa đường tâm trục khuỷu nhất.
Điểm chết dưới (ĐCD): là vị trí mà piston nằm gần đường tâm trục khuỷu nhất.
I.2. Hành trình của piston (S)
Hành trình của piston là khoảng cách dịch chuyển của piston giữa hai điểm chết, ký hịệu là S.
S = 2.R
Với R là bán kính quay của trục khuỷu.

Hình 2.1. Sơ đồ động cơ đốt trong.
a) Piston ở điểm chết trên ; b) Piston ở điểm chết dưới.
I.3. Thể tích công tác (Vh)
Thể tích công tác là khoảng không gian trong xylanh được giới hạn bởi hai mặt cắt vuông góc
với đường tâm xylanh qua hai điểm chết, ký hiệu là Vh.
Đối với động cơ chỉ có một xylanh thì thể tích công tác được tính như sau:

Vh 

.D 2
.S
4

13


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Đối với động cơ có i xylanh thì thể tích công tác của động cơ là Vh = Vh.i
Trong đó:

D – đường kính của xylanh.

S – hành trình của piston.
i – số xylanh của động cơ.

I.4. Thể tích buồng cháy (Vc)
Thể tích buồng cháy là khoảng không gian trong xylanh được giới hạn bởi đỉnh piston, xylanh
và nắp xylanh khi piston ở điểm chết trên, ký hiệu là Vc.
I.5. Thể tích toàn bộ (Va)
Thể tích toàn bộ là khoảng không gian trong xylanh được giới hạn bởi đỉnh piston, xylanh và
nắp xylanh khi piston ở điểm chết dưới, ký hiệu là Va.
Va = Vh + Vc
I.6. Tỉ số nén ()
Tỷ số nén là tỉ số giữa thể tích toàn bộ và thể tích buồng cháy của động cơ.



Va VC  Vh
V

 1 h
Vc
Vc
Vc

I.7. Kỳ (thì)
Kỳ (hay thì) là hành trình thực hiện được của piston giữa hai điểm chết.
Khi động cơ hoạt động, trong xylanh phải diễn ra tuần tự các quá trình: nạp, nén, cháy giãn nở
và thải tạo nên chu trình công tác (làm việc) của động cơ đốt trong.
Nếu chu trình công tác của động cơ được hoàn thành trong bốn hành trình của piston, có nghóa
là sau hai vòng quay của trục khuỷu thì động cơ đó gọi là động cơ bốn kỳ. Nếu động cơ hoàn thành
một chu trình công tác chỉ trong hai hành trình của piston, tương ứng với một vòng quay của trục

khuỷu thì động cơ đó gọi là động cơ hai kỳ.
I.8. Chu trình công tác (chu trình làm việc)
Chu trình công tác là tập hợp toàn bộ các quá trình: nạp, nén, cháy giãn nở và thải được diễn
ra trong xylanh lặp đi lặp lại có tính chu kỳ được gọi là chu trình công tác hay chu trình làm việc của
động cơ đốt trong.
II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL BỐN KỲ,
KHÔNG TĂNG ÁP
Đối với động cơ 4 kỳ, để hoàn thành một chu trình công tác piston động cơ phải thực hiện 4
hành trình tương ứng với các quá trình diễn ra trong xylanh gồm: nạp, nén, cháy giãn nở và thải.
Trong đó công có ích chỉ do quá trình cháy giãn nở sinh ra.
Do các quá trình diễn ra lập đi lập lại có tính chu kỳ nên khi khảo sát nguyên lý làm việc ta
chỉ khảo sát một chu trình công tác trong toàn bộ quá trình làm việc của động cơ.
Trong một chu trình công tác của động cơ 4 kỳ được thực hiện như sau:
II.1. Quá trình nạp, quá trình nén, quá trình cháy – giãn nở và quá trình thải
II.1.1. Quá trình nạp

14


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Là quá trình nạp môi chất mới vào trong lòng xylanh động cơ (hoà khí đối với động cơ xăng,
không khí đối với động cơ Diesel).
Vào đầu kỳ một, piston ở vị trí điểm chết trên. Toàn bộ thể tích buồng cháy Vc chứa đầy sản
vật cháy do hành trình trước để lại với áp suất cao hơn áp suất khí trời, áp suất này còn gọi là áp suất
khí sót. Khi trục khuỷu quay theo chiều mũi tên, thông qua thanh truyền làm cho piston dịch chuyển
từ ĐCT xuống ĐCD, cơ cấu phân phối khí điều khiển supap nạp mở thông đường ống nạp với không
gian trong xylanh.
Với chuyển động đi xuống của piston, độ chân không trong xylanh hình thành làm cho áp suất
trong lòng xylanh nhỏ hơn áp suất trên đường ống nạp. Mức độ chênh lệch áp suất này khoảng 0,01 
0,03 MPa, tạo nên quá trình nạp môi chất mới từ đường ống nạp vào xylanh (hình 2.2a).

4

a

b
c
d
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ xăng bốn kỳ.
a) quá trình nạp ;
b) quá trình nén ;
c) quá trình cháy giãn nở ; d) quá trình thải.
1 – supap nạp;
2 – supap thải;
3 – piston;
4 – bougie.
II.1.2. Quá trình nén
Piston di chuyển từ ĐCD lên ĐCT (hình 2.2b), cơ cấu phân phối khí điều khiển làm cho supap
nạp và supap thải đóng lại, môi chất được nén trong xylanh. Vào cuối quá trình nạp, khi piston ở vị trí
ðĐCD áp suất trong xylanh pa còn nhỏ hơn áp suất trên đường ống nạp pk. Tận dụng điều này, để
hoàn thiện quá trình nạp, cơ cấu phân phối khí điều khiển supap nạp đóng muộn sau khi piston qua
khỏi ĐCD. Việc đóng muộn supap nạp như trên có tác dụng nạp thêm môi chất mới vào xylanh, điều
này có được là do tác dụng của động năng và chênh lệch áp suất của dòng môi chất đi vào.
Sau khi supap nạp đóng, piston chuyển động lên phía ĐCT làm cho áp suất và nhiệt độ môi
chất trong xylanh tăng dần. Giá trị áp suất cuối quá trình nén phụ thuộc vào: tỉ số nén , độ kín khít
của không gian chứa môi chất mức độ tản nhiệt của thành xylanh và áp suất đầu quá trình nén.
Để tạo điều kiện tốt cho môi chất cháy một cách kịp thời và nhiệt lượng sinh ra được tận dụng
triệt để thì việc đốt cháy hỗn hợp phải được thực hiện trước khi piston tới ĐCT. Cụ thể, đối với động
cơ xăng (đốt cháy cưỡng bức bằng tia lửa điện) thì bougie phải tạo ra tia lửa trước khi piston đến
ĐCT, đối với động cơ Diesel thì nhiên liệu phun vào từ vòi phun trước khi pison đến ĐCT.

15


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
II.1.3. Quá trình cháy giãn nở
Vào kỳ ba môi chất bị nén trong xylanh ở cuối kỳ nén được bốc cháy với tốc độ rất nhanh. Tốc
độ gia tăng áp suất và nhiệt độ của môi chất rất cao, tạo áp lực sinh công đẩy piston dịch chuyển về
phía ĐCD thực hiện quá trình giãn nở môi chất trong xylanh. Chính vì vậy kỳ ba còn gọi là kỳ sinh
công, trong quá trình này cả hai supap đều đóng (hình 2.2c).

1

2

3

4

a
b
c
d
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ Disel bốn kỳ.
a) quá trình nạp ;
b) quá trình nén ;
c) quá trình cháy giãn nở ; d) quá trình thải.
1 – supap nạp;
2 – supap thải ;
3 – piston;

4 – vòi phun.
II.1.4. Quá trình thải
Piston dịch chuyển từ ĐCD lên ĐCT đẩy sản vật cháy ra khỏi xylanh động cơ qua supap thải
đang mở. Do áp suất môi chất trong xylanh vào cuối kỳ cháy giãn nở còn khá cao nên supáp xả phải
mở sớm trước khi piston xuống đến ĐCD khoảng 40 ÷ 60o tương ứng với góc quay trục khuỷu. Nhờ đó
làm giảm được lực cản đối với chuyển động của piston và tạo điều kiện tốt nhất cho sản vật cháy thải
sạch ra khỏi xylanh động cơ.
Khi kỳ bốn kết thúc thì động cơ đã thực hiện được một chu trình công tác, tiếp theo nhờ quán
tính quay của bánh đà giúp động cơ thực hiện chu trình công tác tiếp theo. Chính vì vậy mà động cơ
có thể làm việc được liên tục.
Nhận xét đối với động cơ bốn kỳ
– Chu trình công tác được hoàn thành trong bốn hành trình của piston hay trong hai vòng
quay của trục khuỷu.
– Trong bốn kỳ thì chỉ có kỳ cháy giãn nở (kỳ ba) là kỳ sinh công, các kỳ còn lại thực hiện
được là nhờ quán tính quay của bánh đà và các chi tiết chuyển động hoặc nhờ công của
các xylanh khác (đối với động cơ nhiều xylanh).
Đối với động cơ bốn kỳ, để nâng cao được công suất và hiệu suất của động cơ phải đảm bảo
được hai điều sau: thải càng sạch sản vật cháy ra khỏi xylanh và nạp càng nhiều môi chất mới vào
động cơ. Điều này được thực hiện bằng cách phối hợp mở sớm và đóng muộn các supap nạp, supap
thải hình thành nên quy luật phối khí nhất định tuỳ thuộc vào từng loại động cơ.
Chúng ta có thể tham khảo góc độ phân phối khí, và góc phun dầu sớm của động cơ Diesel
bốn kỳ, thường nằm trong phạm vi sau (bảng 1).

16


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Bảng 1
Động cơ không tăng áp

Cơ cấu phân
phối khí

Động cơ tăng áp

Mở trước ĐCT

Đóng sau ĐCT

Mở trước ĐCT

Đóng sau ÑCT

15  30

10  30

0  80

20  400

Supap naïp

0

35  450

Supap thải

0

10  200

40  55o

10  300 trước ĐCT

Góc phun dầu

0

40  500

10  200 trước ĐCT

II.2. Đồ thị công P – V và giản đồ pha phối khí
P
pmax
6

5

4

7
r

pr
p0

1
3

2

9
Vc

8

ÐCT

Vh

ÐCD

V

Va
Hình 2.5. Đồ thị công P – V của động cơ 4 kỳ không tăng áp.
Đồ thị công P –V thể hiện biến thiên của áp suất theo sự thay đổi của thể tích trong lòng
xylanh động cơ, trong đó:
P – áp suất trong lòng xylanh.
V – thể tích của môi chất trong xylanh.
p0 – áp suất khí trời (p0 = 0,1 MN/m2).
pr – áp suất khí sót.
r – điểm khí sót.
Như đã đề cập ở phần trên, các supap nạp và thải không đóng mở tại vị trí của điểm chết mà
thực hiện việc mở sớm và đóng muộn nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình nạp thải từ đó nâng cao
được công suất và hiệu suất của động cơ.

Theo đồ thị trên hình 2.5, ta có:

17


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Supap nạp:
 Mở sớm tại vị trí 1, trước khi piston lên tới ĐCT.

 Đóng muộn tại vị trí 3, sau khi piston qua khỏi ĐCD.
Supap thải:
 Mở sớm tại vị trí 7, trước khi piston tới ĐCD.

 Đóng muộn tại vị trí 9, sau khi piston qua khỏi ĐCT.
Như vậy, trong một chu trình công tác có một khoảng thời gian nhất định cả supap nạp và thải
cùng mở ở lân cận vị trí ĐCT vào đầu quá trình nạp và cuối quá trình thải. Góc quay của trục khuỷu
tương ứng với thời điểm cả hai supap cùng mở gọi là góc trùng điệp của supap.
Ngoài đồ thị công P –V, để biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất trong lòng xylanh theo góc
quay trục khuỷu của động cơ bốn kỳ, người ta còn dùng đồ thị công triển khai P –  như sau:
P
pmax

p0 r

0o

180o

360o

540o

ĐCT

ĐCD

ĐCT

ĐCD



720o
ĐCT

Hình 2.6. Đồ thị công triển khai P – .
Giản đồ phân phối khí của động cơ bốn kỳ, cho biết
qui luật phân phối khí hay qui luật đóng mở các supap của
cơ cấu phân phối khí. Trên (hình 2.7) có O là tâm quay của
trục khuỷu động cơ và chiều quay của động cơ cùng chiều
kim đồng hồ như hình vẽ.

*
6
4

1

01 – vị trí mở supap nạp.

3

0

02 – vị trí đóng supap nạp.
1  2 – toàn bộ góc mở của supap nạp.
2  3 – toàn bộ góc của quá trình nén.

04 – vị trí bật tia lửa điện (động cơ xăng) hoặc phun
nhiên liệu (động cơ Diesel).
4  5 – toàn bộ góc của quá trình cháy giãn nở.

2
5

Hình 2.7. Giản đồ phân phối khí của
động cơ bốn kỳ.

18


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
05 – vị trí mở sớm của supap thải.
06 – vị trí đóng muộn của supap thải.
5  6 – toàn bộ góc mở của supap thải.

* – góc trùng điệp của các supap nạp và xupap thải.
III. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG VÀ ĐỘNG CƠ DIESEL HAI KỲ
Trong động cơ hai kỳ, để hoàn thành một chu trình công tác piston thực hiện hai hành trình và
trục khuỷu của động cơ phải quay một vòng. Khác với động cơ bốn kỳ, trên động cơ hai kỳ quá trình

thay đổi môi chất công tác (quá trình nạp môi chất mới và thải sản vật cháy) được thực hiện khi
piston ở lân cận ĐCT, không có quá trình nạp và xả riêng biệt. Khi đó việc thải sản vật cháy ra khỏi
xylanh được thực hiện nhờ không khí (động cơ Diesel) hoặc hoà khí (động cơ xăng) được nén trước
tới một áp suất nhất định, không nhờ vào sức đẩy cưỡng của piston như động cơ bốn kỳ. Chính vì điều
này đã làm cho quá trình thay đổi môi chất của động cơ hai kỳ xảy ra tổn thất do môi chất mới chưa
tham gia vào quá trình cháy cùng với khí xả đi ra ngoài theo đường ống thải.
Trên động cơ hai kỳ, người ta dùng máy nén khí đặt bên ngoài động cơ (hình 2.9) hoặc dùng
không gian các-te kết hợp với cơ cấu piston trục khuỷu thanh truyền để làm bơm quét khí (hình 2.8).
Trên (hình 2.8) giới thiệu sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ xăng hai kỳ tương ứng với hai hành
trình của piston động cơ, bao gồm:
III.1. Quá trình cháy – giãn nở và quá trình nạp
III.1.1. Kỳ một
Tương ứng với hành trình piston từ ĐCT về ĐCD. Sở dó piston dịch chuyển được là do trong
xylanh vừa mới thực hiện quá trình cháy giãn nở môi chất công tác, sinh công và tác dụng lên piston.
Khi piston sắp mở cửa quét 1 thì cửa thải 2 được mở trước, sản vật cháy có áp suất tương đối
cao từ trong xylanh thoát ra ngoài qua ống thải, áp suất trong xylanh giảm dần. Piston tiếp tục đi
xuống để mở cửa quét, khi áp suất trong xylanh xấp xỉ và thấp hơn áp suất môi chất trong bơm quét
khí. Do môi chất mới qua cửa quét vào xylanh nên sản vật cháy tiếp tục đẩy ra ngoài qua cửa xả 2, vì
vậy quá trình này còn gọi là quá trình thay đổi môi chất trong xylanh động cơ.

Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ xăng hai kỳ dùng cửa quét và cửa thải.
1 – cửa quét; 2 – cửa thải; 3 – cửa nạp; 4 – vòi phun của bộ chế hoà khí;
5 – bougie.

19


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Như vậy ở kỳ một, trong xylanh động cơ thực hiện các quá trình: cháy giãn nở của môi chất công tác,
xả khí thải, quét và nạp đầy môi chất mới vào xylanh động cơ.

III.1.2. Kỳ hai
Tương ứng với hành trình piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Vào đầu kỳ hai quá trình thay đổi môi
chất vẫn tiếp tục thực hiện trong xylanh. Đến khi cửa quét và cửa xả được đóng kín thì quá trình nén
được bắt đầu, cửa quét có thể đóng đồng thời hoặc sớm hơn so với cửa thải (hoặc supap thải). Trước
khi piston lên đến ĐCT khoảng 10  30o tương ứng với góc quay trục khuỷu nhiên liệu được phun qua
vòi phun vào xylanh động cơ (động cơ Diesel) hoặc bougie bật tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp
(động cơ xăng).

Không khí

Sản vật
cháy

a – Quét khí

Không khí

b – nén

c – phun nhiên liệu

Không khí

d – thải sản vật cháy

Hình 2.9. Sơ đồ làm việc của động cơ Diesel hai kỳ quét thẳng qua supap thải .
Như vậy ở kỳ hai, trong xylanh thực hiện các quá trình: kết thúc các quá trình thải, quét - nạp
đầy môi chất mới và xylanh và thực hiện quá trình nén.
Khi trục khuỷu quay được một vòng, lúc này động cơ đã thực hiện xong một chu trình công
tác. Năng lượng từ bánh đà và các chi tiết chuyển động khác làm cho piston tiếp tục dịch chuyển từ

ĐCT về ĐCD và bắt đầu một chu trình công tác tiếp theo, cứ như vậy giúp cho động cơ làm việc được
liên tục.
Nhận xét đối với động cơ hai kỳ
– Chu trình công tác động cơ hai kỳ được thực hiện trong một vòng quay của trục khuỷu và
hai hành trình của piston.
– Trong hai hành trình chỉ có một hành trình sinh công, hành trình còn lại tiêu thụ lượng công
dư của hành trình sinh công.
– Trong quá trình quét khí có một lượng môi chất mới theo sản vật cháy ra ngoài xylanh (đối
với động cơ Diesel là không khí, động cơ xăng là hoà khí), làm tổn thất dẫn đến hiệu suất
động cơ hai kỳ thấp hơn động cơ bốn kỳ.
– Đối với động cơ hai kỳ dùng không gian các-te kết hợp cơ cấu piston, trục khuỷu, thanh
truyền làm bơm quét khí thì không gian này phải đảm bảo độ kín khít tốt để động cơ có thể
làm việc bình thường.

20


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
III.2. Đồ thị công P – V và giản đồ phân phối khí
Tương tự như động cơ bốn kỳ, để biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất và thể tích trong xylanh
của động cơ hai kỳ người ta dùng đồ thị công P – V, được biểu diễn trên (hình 2.10).
P
6

pmax
5

4

7

pk
3

p0
Vc ÐCT

Vh

8
1

2

ÐCD

V

Va
Hình 2.10. Đồ thị P – V của động cơ hai kỳ.
Trong đó:
P – áp suất trong lòng xylanh.
V – thể tích của môi chất trong xylanh.
p0 – áp suất khí trời (P0 = 0,1 MN/m2).
pk – áp suất trên đường ống nạp (áp suất môi chất sau khi qua bơm quét khí).
Như chúng ta đã phân tích, các quá trình nạp và thải trên động cơ hai kỳ không riêng biệt và
độc lập như động cơ bốn kỳ mà chúng có mối quan hệ lẫn vào nhau. Cửa nạp và cửa thải (hay supap
nạp) không đóng mở đúng tại vị trí các điểm chết để thực hiện quá trình quét khí nhằm nâng cao hiện
quả của quá trình nạp thải từ đó nâng cao được công suất của động cơ.
Theo đồ thị trên hình 2.10, ta có:
Cửa quét:

 Mở tại vị trí 8.

 Đóng tại vị trí 2.
Supap thải (đối với động cơ hai kỳ quét thẳng qua supap thải) hoặc cửa thải:
 Mở tại vị trí 7.

 Đóng tại vị trí 3.
Như vậy, trong một chu trình công tác có một khoảng thời gian cả cửa quét và cửa thải cùng
mở, giai đoạn này trong xylanh thực hiện quá trình quét khí, tương ứng trên đồ thị là đoạn 8 – 1 – 2.

21


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Trên động cơ hai kỳ không dùng supap nạp và supap thải như động cơ bốn kỳ (nếu dùng supap
thì đó là supap thải), piston của động cơ đóng vai trò như một van trượt điều khiển đóng mở cửa quét
và cửa thải.
Giản đồ phân phối khí của động cơ hai kỳ,
cho biết quy luật phân phối khí hay quy luật đóng mở
cửa quét và cửa thải của động cơ. Trên (hình 2.11) có
O là tâm quay của trục khuỷu động cơ và chiều quay
của động cơ cùng chiều kim đồng hồ như hình vẽ.

6

5

O

01 – vị trí mở cửa quét.

3

02 – vị trí đóng cửa quét.

4

2

1

03 – vị trí mở cửa thải (supap thải).
04 – vị trí đóng cửa thải (supap thải).
05 – vị trí bật tia lửa điện (động cơ xăng) hoặc
phun nhiên liệu (động cơ Diesel).
1  2 – toàn bộ góc mở của cửa quét.

Hình 2.7. Giản đồ phân phối khí
của động cơ hai kỳ

3  4 – toàn bộ góc mở của cửa thải (supap thải).

III.3. Các hệ thống quét thải của động cơ hai kỳ
Trên động cơ hai kỳ có sự khác biệt cơ bản so với động cơ bốn kỳ là không có quá trình nạp
và thải riêng, hai quá trình này được thực hiện cùng một lúc ở lân cận vị trí điểm chết dưới. Do thời
gian thay đổi môi chất của động cơ hai kỳ rất ngắn (khoảng bằng 1 3 thời gian thải và nạp của động
cơ bốn kỳ), nên phải dùng môi chất mới đã được nén trước đưa vào xylanh động cơ tạo áp lực đẩy sản
vật cháy ra ngoài tạo nên tác dụng quét khí thải ra khỏi xylanh. Chính điều này đã tạo nên sự thất
thoát môi chất qua cửa thải ảnh hưởng đến công suất, hiệu suất và làm ô nhiễm môi trường.
Qua trên ta thấy, tác dụng quét khí của động cơ hai kỳ quyết định bởi hệ thống quét thải của

động cơ gây ảnh hưởng lớn đến tính năng hoạt động của động cơ. Để khắc phục phần nào những tồn
tại của động cơ hai kỳ, trong quá trình phát triển đã có nhiều hệ thống quét thải khác nhau, nhưng các
hệ thống được sử dụng nhiều nhất hiện nay bao gồm có:
III.3.1. Hệ thống quét vòng
Trong hệ thống quét vòng, dòng khí quét đi theo đường vòng, ban đầu từ khu vực ĐCD men
theo thành xylanh đi lên phía ĐCT tới nắp xylanh, đổi chiều 180o rồi đi ngược lại chiều ban đầu. Các
cửa quét và cửa thải của hệ thống quét vòng đều đặt phía bên dưới của xylanh, tại khu vực lân cận
ĐCD và do piston điều khiển quá trình đóng, mở. Hệ thống quét vòng có các loại sau:
a) Hệ thống quét vòng đặt nằm ngang theo hướng song song
Trong hệ thống này có cửa quét thường đặt xiên lên hoặc phải tạo hình dạng đặt biệt trên đỉnh
piston để dẫn hướng khí quét đi vào xylanh một cách hiệu quả, thường được sử dụng trên động cơ hai
kỳ cỡ nhỏ, dùng các-te làm máy nén tạo ra khí quét (hình 2.8a).
b) Hệ thống quét vòng đặt nằm ngang theo hướng lệch tâm
Các cửa quét đặt xiên lên tạo với đường tâm xylanh một góc 30o, hướng dòng khí quét đi lên
tới nắp xylanh sau đó vòng xuống ra cửa thải.

22


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
Đây là loại tương đối hoàn hảo của hệ thống quét vòng (hệ số khí sót nhỏ: r = 0,06  0,08), sử
dụng nhiều trên động cơ hai kỳ tăng áp của Thụy Só, công suất tới 13.700 kW (hình 2.8b).
c) Hệ thống quét vòng đặt nằm ngang, phức tạp
Trong kiểu hệ thống này có hai hàng cửa quét, hàng trên đặt cao hơn cửa thải và được lắp van
một chiều, sau khi đóng kín cửa thải vẫn có thể nạp thêm môi chất mới nhờ vào hàng cửa quét phía
trên. Do có nhiều van tự động nên hệ thống tương đối phức tạp, chiều cao của cửa quét và thải tương
đối lớn nên làm tăng tổn thất hành trình piston. Chính ví vậy, động cơ dùng hệ thống quét vòng kiểu
phức tạp có công suất không lớn lắm, khoảng 3.000 – 4.400 kW. (hình 2.8c)
d)Hệ thống quét vòng đặt một bên
Các cửa được đặt về một bên của thành xylanh theo hướng lệch tâm, cửa quét hơi nghiêng

xuống khoảng 15o. Ban đầu khí quét lướt qua đỉnh piston sau đó đi vòng và lướt dọc theo thành
xylanh rồi trở về cửa xả.
Trong hệ thống này đôi khi còn đặt van xoay để đóng cửa xả sau khi kết thúc quá trình quét
khí, nhằm làm giảm tổn thất khí quét và thực hiện nạp thêm môi chất vào xylanh. (hình 2.8d)
Hệ thống này chỉ dùng cho động cơ tónh tại và động cơ tàu thủy tốc độ trung bình, do có hệ số
khí sót tương đối lớn (r = 0,1  0,2).

30o

A

A

A

A

A–A

A–A

a)

b)

c)

d)

Hình 2.8. Các loại hệ thống quét vòng của động cơ hai kỳ.

a) – Quét vòng đặt nằm ngang theo hướng song song.
b) – Quét vòng đặt nằm ngang theo hướng lệch tâm.
c) – Quét vòng đặt nằm ngang, phức tạp.
d) – Quét vòng đặt một bên.

23


Chương 2 – Nguyên lý làm việc của động cơ đốt trong
III.3.2. Hệ thống quét thẳng
Trong hệ thống quét thẳng, dòng khí quét theo đường thẳng đi từ dưới lên, vì vậy hành trình
của nó trong xylanh chỉ bằng một nửa so với quét vòng. Các cơ cấu quét thải của hệ thống quét vòng
được đặt ở hai đầu xylanh. Điều khiển đóng mở các cửa quét và cửa thải do hoặc supap.
a) Hệ thống quét thẳng qua supap xả
Cửa quét đặt xung quanh xylanh theo hướng tiếp tuyến, supap xả đặt trên nắp xylanh. Do dòng
khí quét chỉ đi một chiều từ dưới lên nên khí quét ít hoà trộn với sản vật cháy, vì vậy khí cháy được
thải ra ngoài tương đối sạch (hệ số khí sót nhỏ, r = 0,05  0,08). Khi dùng supap thải dễ lựa chọn pha
phân phối khí tốt nhất, nhờ đó làm tăng hệ số nạp cho động cơ.
Đây là hệ thống tương đối hoàn hảo do hướng tiếp tuyến của cửa quét tạo nên vận động xoáy
lốc môi chất giúp hình thành hoà khí và chất lượng cháy tốt hơn.
b) Hệ thống quét thẳng qua cửa thải
Hệ thống quét thẳng qua cửa thải dùng trong các loại động cơ có piston đối đỉnh. Trong hệ
thống này cửa quét đặt theo hướng tiếp tuyến và có tác dụng như đối với phương án quét thẳng qua
supap xả.
Piston chắn cửa thải đặt sớm hơn piston chắn cửa quét khoảng 10o  20o góc quay trục khuỷu,
đảm bảo cửa thải mở sớm hơn và có thể đóng đồng thời các cửa quét và cửa thải (thậm chí có thể
đóng cửa thải sớm hơn để thực hiện nạp thêm).
Đây là hệ thống hoàn hảo nhất trong các hệ thống quét thải của động cơ hai kỳ (hệ số khí sót
r = 0,03  0,06), và được sử dụng rộng rãi cho động cơ thấp tốc, cao tốc và tốc độ trung bình.
2)

4)

1)

1)

1)
3)
a)

3)
b)

Hình 2.8. Các loại hệ thống quét thẳng của động cơ hai kỳ.
1 – cửa quét ; 2 – cửa xả ; 3 – piston ; 4 – supap xả
a) – Hệ thống quét thẳng qua supap thải.
b) – Hệ thống quét thẳng qua cửa thải.

24